Skip to main content
SUPERVISOR
Ahmad KermanPour,MohammadReza Forouzan
احمد کرمانپور (استاد مشاور) محمدرضا فروزان (استاد راهنما)
 
STUDENT
Hamzeh Almokdad
حمزه المقداد

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388

TITLE

Investigation into Welding Process and Residual Stress Relieve in Fabrication of Oil Storage Tanks
Large capacity storage tanks are widely used in many industries particularly in the processing plants such as oil refinery and petrochemical industry. They are used to store a multitude of different products such as raw material and finished products. Prediction of the residual stresses is of the most important problems in the tanks manufacturing. One of the most pronounced effects of residual stress is to accelerate, or in some cases retard, crack growth in structures subject to cyclic loading. This dissertation presents numerical study of multi-pass welding and thermal stress relief treatment of an oil storage tank plate specimen, the welding phase contains two parts; heating up part and cooling part. In the first part the material is heated to its liquids temperature. In the cooling part it is cooled down to the ambient temperature. This leads to develop high residual stresses in weld zone i.e. fusion zone and heat affected zone. The thermal stress relief treatment phase for a finite time interval the weld zone is heated up to such a high temperature that activates creep mechanism in the material. This is one of the most effective ways to relief welding residual stresses. Finite element method is employed to model and analyze both the welding and thermal stress relief processes for multi-pass butt-welded AISI 304 low carbon steel of an oil storage tank plate specimen. The main goal of this dissertation is to investigate the effect of welding parameters such as (heat input, welding speed), wall thickness and preheating. In the second part the effect of thermal stress relief treatment parameters, including holding time and temperature, on the distribution of welding residual stresses are investigated. In this simulation sequential coupled thermal-mechanical model is developed in welding simulation and thermo physical and mechanical properties of material used for welding and thermal stress relief treatment simulation are depending on the temperature. In the thermal analysis of welding phase, the weld heat source model based on the Goldak’s double ellipsoid power density distribution was applied. After the thermal analysis, the mechanical analysis is performed. Then the stress distribution of the specimen has been transferred to a second analysis for stress relaxation modeling. Norton law is used to investigate creep in stress relief process. Whole the processes are simulated on ANSYS commercial software developing related ANSYS codes. Keywords : Welding simulation, Residual stresses, Heat source model, Thermal stress relief, Stress relaxation, Creep, Holding time and temperature.
مخازن با ظرفیت بالا بطور گسترده ای در بسیاری از صنایع به خصوص در فرآیندهایی مثل پالایش نفت خام و صنایع پتروشیمی مورد استفاده قرار می گیرند. علاوه بر این از این مخازن برای ذخیره سازی محصولات خام و نهایی مختلفی استفاده می شود. پیش بینی تنش های پسماند یکی از مهمترین مسائل در ساخت این مخازن است. یکی از مهمترین اثرات تنش های پسماند تسریع بخشیدن و یا در برخی از موارد کند ساختن رشد ترک در سازه های تحت بارگذاری متناوب است. در این پایان نامه به مطالعه جوشکاری چند عبوری و رفتار آزادسازی تنش حرارتی یک مقطع صفحه ای از یک مخزن ذخیره سازی نفت خام می پردازیم. فاز جوشکاری شامل دو بخش گرمایش حرارتی و خنک کاری می باشد. در بخش نخست ماده تا دمای ذوبش حرارت داده می شود. در بخش خنک کاری دمای ماده تا دمای محیط کاهش می یابد. این دو فرآیند باعث ایجاد تنش های پسماند بالا در ناحیه جوشکاری یعنی ناحیه ذوب و نیز ناحیه مجاور آن می شوند. در فاز آزادسازی تنش حرارتی، برای یک بازه زمانی محدود ناحیه جوشکاری تا یک دمای بالا حرارت داده می شود که این خود باعث فعال شدن مکانیزم خزش در ماده خواهد شد. این فرآیند یکی از مهمترین روش های موثر در آزاد سازی تنش های پسماند جوشکاری است. روش اجزاء محدود برای مدلسازی و تحلیل جوشکاری و فرآیندهای آزادسازی تنش حرارتی یک قطعه صفحه ای از مخزن ذخیره سازی نفت به کار گرفته می شود. جنس قطعه از فولاد کم کربن AISI 304 تحت جوش چند عبوری سر به سر می باشد. در این پایان نامه هدف اصلی بررسی اثرات پارامترهای جوشکاری ماننده گرمای ورودی، سرعت جوشکاری، ضخامت دیواره و پیش گرمایش است. علاوه بر این در قسمت دوم اثر پارامترهای آزادسازی تنش حرارتی شامل زمان و دمای نگهداری بر روی توزیع تنش های پسماند جوشکاری مورد بررسی قرار می گیرد. در این شبیه سازی مدل مکانیکی- حرارتی ترتیبی برای جوشکاری و پیش بینی رفتار آزادسازی تنش حرارتی ماده به کار گرفته می شود. در این شبیه سازی خصوصیات مکانیکی، فیزیکی و حرارتی ماده به صورت وابسته به دما در نظر گرفته شده است. در تحلیل حرارتی فاز جوشکاری، از یک منبع حرارتی بر اساس مدل توزیع چگالی بیضوی گولداک استفاده شده است. پس از تحلیل حرارتی، تحلیل مکانیکی انجام می شود. سپس در تحلیل دوم، توزیع تنش قطعه مذکور برای تحلیل و مدلسازی آزادسازی تنش به کار گرفته می شود. در انتها از اصل نورتون برای بررسی پدیده خزش در فرآیند آزادسازی تنش استفاده خواهد شد. کلمات کلیدی : تنش های پسماند جوشکاری, شبیه سازی فرآیند جوشکاری, منبع حرارتی, تنش زدایی, خزش و آزاد سازی تنش حرارتی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی